La synthèse de modèles de SNP en alliage métallique de pièces de monnaie à l'aide de la méthode d'hybridation atomique. Trois éléments métalliques (or, argent, cuivre) sont ici mélangés dans un SNP à l'échelle du nanomètre. Crédit : Institut de technologie de Tokyo
En raison de leur petite taille, les nanoparticules trouvent des applications variées dans des domaines allant de la médecine à l'électronique. Leur petite taille leur permet une réactivité élevée et une propriété semi-conductrice que l'on ne trouve pas dans les états de masse. Les sous-nanoparticules (SNP) ont un diamètre extrêmement petit d'environ 1 nm, les rendant encore plus petites que les nanoparticules. Presque tous les atomes de SNP sont disponibles et exposés pour des réactions, et donc, Les SNP devraient avoir des fonctions extraordinaires au-delà des propriétés des nanoparticules, notamment comme catalyseurs de réactions industrielles. Cependant, la préparation des SNP nécessite un contrôle fin de la taille et de la composition de chaque particule à l'échelle sub-nanométrique, rendant l'application des méthodes de production conventionnelles presque impossible.
Pour surmonter cela, des chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo dirigés par le Dr Takamasa Tsukamoto et le professeur Kimihisa Yamamoto ont précédemment développé la méthode d'hybridation atomique (AHM) qui surpasse les précédents essais de synthèse de SNP. En utilisant cette technique, il est possible de contrôler avec précision et de concevoir diversement la taille et la composition des SNP en utilisant un "modèle macromoléculaire" appelé dendrimère de phénylazométhine. Cela améliore leur activité catalytique par rapport aux catalyseurs NP.
Maintenant, dans leur dernière étude publiée dans Angewandte Chemie Édition Internationale , l'équipe a poussé ses recherches un peu plus loin et a étudié la réactivité chimique des alliages SNP obtenus grâce à l'AHM. "Nous avons créé monométallique, bimétallique, et les SNP trimétalliques (contenant un, combinaison de deux, et combinaison de trois métaux respectivement), tous composés d'éléments métalliques monnayables (cuivre, argent, et de l'or), et testé chacun pour voir à quel point chacun d'eux est un catalyseur, " rapporte le Dr Tsukamoto. Leur activité catalytique a été testée dans la réaction d'oxydation des oléfines, composés constitués d'hydrogène et de carbone avec de larges utilisations industrielles.
Génération sélective d'hydroperoxyde à partir d'hydrocarbures catalysée par des SNP en alliage composés de métaux avec des rôles individuels (a). Crédit : Institut de technologie de Tokyo
Contrairement aux nanoparticules correspondantes, les SNP créés se sont avérés stables et plus efficaces. De plus, Les SNP ont montré une performance catalytique élevée même dans des conditions plus douces, contrairement aux catalyseurs conventionnels. Monométallique, bimétallique, et les SNP trimétalliques ont démontré la formation de différents produits, et cette hybridation ou combinaison de métaux semblait montrer une fréquence de renouvellement (TOF) plus élevée. La combinaison trimétallique "Au
Par ailleurs, SNP créé sélectivement de l'hydroperoxyde, qui est un composé à haute énergie qui ne peut pas être normalement obtenu en raison de l'instabilité (voir Figure 2). Des réactions douces sans température et pression élevées réalisées dans les catalyseurs SNP ont entraîné la formation stable d'hydroperoxyde en supprimant sa décomposition.
Activité catalytique renforcée par le mécanisme concerté de deux effets :la miniaturisation des structures et l'hybridation des métaux (b). Crédit : Institut de technologie de Tokyo
Interrogé sur la pertinence de ces résultats, Le professeur Yamamoto déclare :« Nous démontrons pour la première fois, que l'hydroperoxygénation des oléfines peut être catalysée dans des conditions extrêmement douces en utilisant des particules métalliques dans la gamme de taille quantique. La réactivité a été significativement améliorée dans les systèmes alliés notamment pour les combinaisons trimétalliques, qui n'a pas été étudié auparavant."
L'équipe a souligné qu'en raison de l'extrême miniaturisation des structures et de l'hybridation de différents éléments, les métaux de la monnaie ont acquis une réactivité suffisamment élevée pour catalyser l'oxydation même dans des conditions douces. Ces résultats s'avéreront être une clé pionnière dans la découverte de sous-nanomatériaux innovants à partir d'une grande variété d'éléments et peuvent résoudre les crises énergétiques et les problèmes environnementaux dans les années à venir.
